package com.tree.threadedBinaryTree;

/**
 * @Author: linKe
 * @Date: 2022/1/12 21:07
 * @FileName: ThreadedBinaryTreeDemo
 * @version: 1.0
 * @Description: 线索化二叉树
 * 1) n个结点的二叉链表中含有n+l【公式2n-(n-l)=n+1】个空指针域。利用二叉链表中的空指针域，存放指向
 * 该结点在某种遍历次序下的前驱和后继结点的指针（这种附加的指针称为"线索")
 * 2)这种加上了线索的二叉链表称为线索链表，相应的二叉树称为线索二叉树(Threaded BinaryTree)。根据线索性质
 * 的不同，线索二叉树可分为前序线索二叉树、中序线索二叉树和后序线索二叉树三种
 * 3)一个结点的前一个结点，称为前驱结点
 * 4)一个结点的后一个结点，称为后继结点
 */
public class ThreadedBinaryTreeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //测试一把中序线索二叉树的功能
        HeroNode root = new HeroNode(1, "tom");
        HeroNode node2 = new HeroNode(3, "jack");
        HeroNode node3 = new HeroNode(6, "smith");
        HeroNode node4 = new HeroNode(8, "mary");
        HeroNode node5 = new HeroNode(10, "king");
        HeroNode node6 = new HeroNode(14, "dim");

        //二叉树，后面我们要递归创建, 现在简单处理使用手动创建
        root.setLeft(node2);
        root.setRight(node3);
        node2.setLeft(node4);
        node2.setRight(node5);
        node2.setParent(root);

        node3.setLeft(node6);
        node3.setParent(root);

        node4.setParent(node2);
        node5.setParent(node2);
        node6.setParent(node3);

        // 测试中序线索化
        ThreadedBinaryTree threadedBinaryTree = new ThreadedBinaryTree();
        //
        threadedBinaryTree.setRoot(root);
        //
        /// threadedBinaryTree.threadedNodes();

        //测试: 以10号节点测试
        //HeroNode leftNode = node5.getLeft();
        // HeroNode rightNode = node5.getRight();

        // System.out.println("10号结点的前驱结点是 =" + leftNode);
        //3
        //System.out.println("10号结点的后继结点是=" + rightNode);
        //1

        //当线索化二叉树后，能在使用原来的遍历方法
        /// threadedBinaryTree.infixOrder();
        System.out.println("中序线索化   使用线索化的方式遍历 线索化二叉树");
        /// threadedBinaryTree.threadedList();
        /// 8, 3, 10, 1, 14, 6

       /// threadedBinaryTree.threadedPreNodes(root);
        System.out.println("先序线索化   使用线索化的方式遍历 线索化二叉树");
        /// threadedBinaryTree.threadedPreList();

        threadedBinaryTree.threadedPostNodes(root);
        System.out.println("后序线索化   使用线索化的方式遍历 线索化二叉树");
        threadedBinaryTree.threadedPostList();
        // 14不见了
        // HeroNode [no=8, name=mary], HeroNode [no=10, name=king], HeroNode [no=3, name=jack], HeroNode [no=6, name=smith], HeroNode [no=1, name=tom],
    }

}


/**
 * 定义ThreadedBinaryTree 实现了线索化功能的二叉树
 */
class ThreadedBinaryTree {
    private HeroNode root;


    /**
     * 为了实现线索化，需要创建要给指向当前结点的前驱结点的指针
     * 在递归进行线索化时，pre 总是保留前一个结点
     */
    private HeroNode pre = null;

    public void setRoot(HeroNode root) {
        this.root = root;
    }

    /**
     * 重载一把threadedNodes方法
     */
    public void threadedNodes() {
        this.threadedNodes(root);
    }

    /**
     * 遍历线索化二叉树的方法
     */
    public void threadedList() {
        //定义一个变量，存储当前遍历的结点，从root开始
        HeroNode node = root;
        while (node != null) {
            //循环的找到leftType == 1的结点，第一个找到就是8结点
            //后面随着遍历而变化,因为当leftType==1时，说明该结点是按照线索化
            //处理后的有效结点
            while (node.getLeftType() == 0) {
                node = node.getLeft();
            }

            //打印当前这个结点
            System.out.println(node);
            //如果当前结点的右指针指向的是后继结点,就一直输出
            while (node.getRightType() == 1) {
                //获取到当前结点的后继结点
                node = node.getRight();
                System.out.println(node);
            }
            //替换这个遍历的结点
            node = node.getRight();

        }
    }



    /**
     * 编写对二叉树进行 先序线索化的方法
     *
     * @param node 就是当前需要线索化的结点
     */
    public void threadedPreNodes(HeroNode node) {

        //如果node==null, 不能线索化
        if (node == null) {
            return;
        }
        //(一) 线索化当前结点[有难度]
        //处理当前结点的前驱结点
        //以8结点来理解
        //8结点的.left = null , 8结点的.leftType = 1
        if (node.getLeft() == null) {
            //让当前结点的左指针指向前驱结点
            node.setLeft(pre);
            //修改当前结点的左指针的类型,指向  前驱结点
            node.setLeftType(1);
        }
        // 前一个结点指向当前结点
        if (pre != null && pre.getRight() == null) {
            //让前驱结点的右指针指向当前结点
            pre.setRight(node);
            //修改前驱结点的右指针类型  后继结点
            pre.setRightType(1);
        }
        // !!!每处理一个结点前，让当前结点是下一个结点的前驱结点
        pre = node;
        //(二) 防止栈溢出 增加类型判断
        if (node.getLeftType() == 0) {
            //先线索化左子树
            threadedPreNodes(node.getLeft());
        }
        if (node.getRightType() == 0) {
            // (三)在线索化右子树
            threadedPreNodes(node.getRight());
        }
    }

    /**
     * 先序遍历 线索化二叉树的方法
     */
    public void threadedPreList() {
        //定义一个变量，存储当前遍历的结点，从root开始
        HeroNode node = root;
        while (node != null) {
            //循环的找到leftType == 1的结点，第一个找到就是8结点
            //后面随着遍历而变化,因为当leftType==1时，说明该结点是按照线索化
            //处理后的有效结点
            while (node.getLeftType() == 0) {
                // (1) root节点
                System.out.println(node);
                node = node.getLeft();
            }
            // 打印当前这个结点 （2） 左节点
            System.out.println(node);
            // 替换这个遍历的结点    （3） 右节点
            node = node.getRight();
        }
    }


    /**
     * 编写对二叉树进行 中序线索化的方法
     *
     * @param node 就是当前需要线索化的结点
     */
    public void threadedNodes(HeroNode node) {

        //如果node==null, 不能线索化
        if (node == null) {
            return;
        }

        //(一)先线索化左子树
        threadedNodes(node.getLeft());
        //(二)线索化当前结点[有难度]

        //处理当前结点的前驱结点
        //以8结点来理解
        //8结点的.left = null , 8结点的.leftType = 1
        if (node.getLeft() == null) {
            //让当前结点的左指针指向前驱结点
            node.setLeft(pre);
            //修改当前结点的左指针的类型,指向  前驱结点
            node.setLeftType(1);
        }

        //处理后继结点
        if (pre != null && pre.getRight() == null) {
            //让前驱结点的右指针指向当前结点
            pre.setRight(node);
            //修改前驱结点的右指针类型  后继结点
            pre.setRightType(1);
        }
        // !!! 每处理一个结点后，让当前结点是下一个结点的前驱结点
        pre = node;

        //(三)在线索化右子树
        threadedNodes(node.getRight());
    }


    /**
     * 编写对二叉树进行 后序线索化的方法
     *
     * @param node 就是当前需要线索化的结点
     */
    public void threadedPostNodes(HeroNode node) {

        //如果node==null, 不能线索化
        if (node == null) {
            return;
        }

        //(一)先线索化左子树
        threadedPostNodes(node.getLeft());

        // (二)在线索化右子树
        threadedPostNodes(node.getRight());

        if (node.getLeft() == null) {
            //让当前结点的左指针指向前驱结点
            node.setLeft(pre);
            //修改当前结点的左指针的类型,指向  前驱结点
            node.setLeftType(1);
        }
        //处理后继结点
        if (pre != null && pre.getRight() == null) {
            //让前驱结点的右指针指向当前结点
            pre.setRight(node);
            //修改前驱结点的右指针类型  后继结点
            pre.setRightType(1);
        }



        //(三)线索化当前结点[有难度]
        //处理当前结点的前驱结点
        //以8结点来理解
        //8结点的.left = null , 8结点的.leftType = 1

        // !!! 每处理一个结点后，让当前结点是下一个结点的前驱结点
        pre = node;
    }


    /**
     * 后序遍历 线索化二叉树的方法
     */
    public void threadedPostList() {
        //定义一个变量，存储当前遍历的结点，从root开始
        HeroNode node = root;
        while (node != null) {
            //循环的找到leftType == 1的结点，第一个找到就是8结点
            //后面随着遍历而变化,因为当leftType==1时，说明该结点是按照线索化
            //处理后的有效结点

            //1、找后序遍历方式开始的节点
            while (node != null&&node.getLeftType() == 0) {

                node = node.getLeft();

            }
            HeroNode preNode = null;

            while(node != null) {
                //右节点是线索
                if(node.getRightType() == 1) {
                    System.out.print(node + ", ");
                    preNode = node;
                    node = node.getRight();

                } else {
                    //如果上个处理的节点是当前节点的右节点
                    if(node.getRight() == preNode) {
                        System.out.print(node + ", ");
                        if(node == root) {
                            return;
                        }
                        preNode = node;
                        node = node.getParent();

                    } else {    //如果从左节点的进入则找到有子树的最左节点
                        node = node.getRight();
                        while(node != null && node.getLeftType()==1) {
                            node = node.getLeft();
                        }
                    }
                }
            }




        }
    }
    /**
     * 删除结点
     *
     * @param no 节点值
     */
    public void delNode(int no) {
        if (root != null) {
            // 如果只有一个root结点, 这里立即判断root是不是就是要删除结点
            if (root.getNo() == no) {
                root = null;
            } else {
                // 递归删除
                root.delNode(no);
            }
        } else {
            System.out.println("空树，不能删除~");
        }
    }

    /**
     * 前序遍历
     */
    public void preOrder() {
        if (this.root != null) {
            this.root.preOrder();
        } else {
            System.out.println("二叉树为空，无法遍历");
        }
    }

    /**
     * 中序遍历
     */
    public void infixOrder() {
        if (this.root != null) {
            this.root.infixOrder();
        } else {
            System.out.println("二叉树为空，无法遍历");
        }
    }

    /**
     * 后序遍历
     */
    public void postOrder() {
        if (this.root != null) {
            this.root.postOrder();
        } else {
            System.out.println("二叉树为空，无法遍历");
        }
    }

    /**
     * 前序遍历
     *
     * @param no 节点值
     * @return 结果
     */
    public HeroNode preOrderSearch(int no) {
        if (root != null) {
            return root.preOrderSearch(no);
        } else {
            return null;
        }
    }

    /**
     * 中序遍历
     *
     * @param no 节点值
     * @return 结果
     */
    public HeroNode infixOrderSearch(int no) {
        if (root != null) {
            return root.infixOrderSearch(no);
        } else {
            return null;
        }
    }

    /**
     * 后序遍历
     *
     * @param no 节点值
     * @return 结果
     */
    public HeroNode postOrderSearch(int no) {
        if (root != null) {
            return this.root.postOrderSearch(no);
        } else {
            return null;
        }
    }
}

/**
 * 先创建HeroNode 结点
 */
class HeroNode {
    private int no;
    private String name;
    /**
     * 默认null
     */
    private HeroNode left;
    /**
     * 默认null
     */
    private HeroNode right;

    /**
     * 父节点的指针（为了后序线索化使用）
     */
    private HeroNode parent;
    /**
     * 说明
     * 1. 如果leftType == 0 表示指向的是左子树, 如果 1 则表示指向前驱结点
     * 2. 如果rightType == 0 表示指向是右子树, 如果 1表示指向后继结点
     */
    private int leftType;
    private int rightType;

    public HeroNode getParent() {
        return parent;
    }

    public void setParent(HeroNode parent) {
        this.parent = parent;
    }

    public int getLeftType() {
        return leftType;
    }

    public void setLeftType(int leftType) {
        this.leftType = leftType;
    }

    public int getRightType() {
        return rightType;
    }

    public void setRightType(int rightType) {
        this.rightType = rightType;
    }

    public HeroNode(int no, String name) {
        this.no = no;
        this.name = name;
    }

    public int getNo() {
        return no;
    }

    public void setNo(int no) {
        this.no = no;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public HeroNode getLeft() {
        return left;
    }

    public void setLeft(HeroNode left) {
        this.left = left;
    }

    public HeroNode getRight() {
        return right;
    }

    public void setRight(HeroNode right) {
        this.right = right;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + "]";
    }

    /**
     * 递归删除结点
     * 1.如果删除的节点是叶子节点，则删除该节点
     * 2.如果删除的节点是非叶子节点，则删除该子树
     *
     * @param no 节点值
     */
    public void delNode(int no) {

        //
		/*
		思路
		  	1. 因为我们的二叉树是单向的，所以我们是判断当前结点的子结点是否需要删除结点，而不能去判断当前这个结点是不是需要删除结点.
			2. 如果当前结点的左子结点不为空，并且左子结点 就是要删除结点，就将this.left = null; 并且就返回(结束递归删除)
			3. 如果当前结点的右子结点不为空，并且右子结点 就是要删除结点，就将this.right= null ;并且就返回(结束递归删除)
			4. 如果第2和第3步没有删除结点，那么我们就需要向左子树进行递归删除
			5.  如果第4步也没有删除结点，则应当向右子树进行递归删除.

		 */
        //2. 如果当前结点的左子结点不为空，并且左子结点 就是要删除结点，就将this.left = null; 并且就返回(结束递归删除)
        if (this.left != null && this.left.no == no) {
            this.left = null;
            return;
        }
        //3.如果当前结点的右子结点不为空，并且右子结点 就是要删除结点，就将this.right= null ;并且就返回(结束递归删除)
        if (this.right != null && this.right.no == no) {
            this.right = null;
            return;
        }
        //4.我们就需要向左子树进行递归删除
        if (this.left != null) {
            this.left.delNode(no);
        }
        //5.则应当向右子树进行递归删除
        if (this.right != null) {
            this.right.delNode(no);
        }
    }

    /**
     * 编写前序遍历的方法 父 子左 子右
     */
    public void preOrder() {
        //先输出父结点
        System.out.println(this);
        //递归向左子树前序遍历
        if (this.left != null) {
            this.left.preOrder();
        }
        //递归向右子树前序遍历
        if (this.right != null) {
            this.right.preOrder();
        }
    }

    /**
     * 中序遍历 子左 父 子右
     */
    public void infixOrder() {

        // 递归向左子树中序遍历
        if (this.left != null) {
            this.left.infixOrder();
        }
        // 输出父结点
        System.out.println(this);
        //递归向右子树中序遍历
        if (this.right != null) {
            this.right.infixOrder();
        }
    }

    /**
     * 后序遍历
     */
    public void postOrder() {
        if (this.left != null) {
            this.left.postOrder();
        }
        if (this.right != null) {
            this.right.postOrder();
        }
        System.out.println(this);
    }

    /**
     * 前序遍历查找
     *
     * @param no 查找no
     * @return 如果找到就返回该Node ,如果没有找到返回 null
     */
    public HeroNode preOrderSearch(int no) {
        System.out.println("进入前序遍历");
        //比较当前结点是不是
        if (this.no == no) {
            return this;
        }
        //1.则判断当前结点的左子节点是否为空，如果不为空，则递归前序查找
        //2.如果左递归前序查找，找到结点，则返回
        HeroNode resNode = null;
        if (this.left != null) {
            resNode = this.left.preOrderSearch(no);
        }
        //说明我们左子树找到
        if (resNode != null) {
            return resNode;
        }
        //1.左递归前序查找，找到结点，则返回，否继续判断，
        //2.当前的结点的右子节点是否为空，如果不空，则继续向右递归前序查找
        if (this.right != null) {
            resNode = this.right.preOrderSearch(no);
        }
        return resNode;
    }

    /**
     * 中序遍历查找
     *
     * @param no 节点值
     * @return 结果
     */
    public HeroNode infixOrderSearch(int no) {
        //判断当前结点的左子节点是否为空，如果不为空，则递归中序查找
        HeroNode resNode = null;

        if (this.left != null) {
            resNode = this.left.infixOrderSearch(no);
        }
        if (resNode != null) {
            return resNode;
        }
        System.out.println("进入中序查找");
        //如果找到，则返回，如果没有找到，就和当前结点比较，如果是则返回当前结点
        if (this.no == no) {
            return this;
        }
        //否则继续进行右递归的中序查找
        if (this.right != null) {
            resNode = this.right.infixOrderSearch(no);
        }
        return resNode;

    }

    //后序遍历查找
    public HeroNode postOrderSearch(int no) {

        //判断当前结点的左子节点是否为空，如果不为空，则递归后序查找
        HeroNode resNode = null;
        if (this.left != null) {
            resNode = this.left.postOrderSearch(no);
        }
        //说明在左子树找到
        if (resNode != null) {
            return resNode;
        }

        //如果左子树没有找到，则向右子树递归进行后序遍历查找
        if (this.right != null) {
            resNode = this.right.postOrderSearch(no);
        }
        if (resNode != null) {
            return resNode;
        }
        System.out.println("进入后序查找");
        //如果左右子树都没有找到，就比较当前结点是不是
        if (this.no == no) {
            return this;
        }
        return resNode;
    }

}
